[发明专利]一种基于理化-生物电化学系统的水环境污染类型快速识别方法

说明书

本发明涉及一种基于理化‑生物电化学系统的水环境污染类型快速识别的方法，主要针对解决现有水质监测方法中，生物学方法不能判断水体污染源类型而传统理化方法耗时长、成本高的问题。本方法通过建立污染源类型与水体理化指标ORP、色度、pH、电导和生物电化学生物毒性指标产电抑制率I_r、有机污染贡献率R_o的判别函数，基于对水体的水样的物理化学分析和生物电化学系统分析检测获得的结果包括ORP、色度、pH、电导、I_r、R_o 6项指标，实现对水体污染源类型的快速识别。

技术领域

本发明涉及一种基于理化-生物电化学系统的水环境污染类型快速识别的方法，属于环境保护领域，主要针对解决现有水质监测方法中，生物学方法不能判断水体污染源类型以及传统理化方法耗时长、成本高的问题。

技术背景

随着我国工业水平的高速发展，人民生活水平的快速提高，环境污染特别是水体污染已经成为我国目前所面临的重大问题之一。据环保部发布的2015中国环境状况公报显示，全国九大水系都已遭受到不同程度的污染，绝大多数已相当严重，直接威胁到水体生态环境以及人民群众的正常生活。由于国内大部分江河流域面积广，流经城市多，一旦发生突发性水源水质污染事件，就会使得所在地沿岸及下游居民饮水安全遭到严重威胁，由此给人民生产生活造成的损失更是不可计量的。而突发性水源水污染事件，具有暴发突然、形式多样、污染物复杂、扩散迅速和危害严重等特点，可在短时间内造成水源水质发生突变，且通常超出城市自来水厂净水系统的承受范围。因此，如何应对水体急性污染事件，确保城市安全供水已成为全社会关注的重要问题。

现有水质毒性检测方法主要有理化分析法和生物学方法。理化法是通过物理或化学的分析来估测水质的毒性，虽然能够定量地分析某种污染物，对单一物质测量精度及灵敏度较高，但不能直接反映出各种污染物的生物毒性，而且操作复杂，测试时间长，不适合进行现场快速检测和连续在线分析，所以传统理化方法无法对突发性水体污染做出及时的预警。

生物学方法是基于生物与环境相适应的原理，当水体中进入有毒污染物时，有毒污染物会对水体中正常生长生物的运动、生长发育、呼吸活动等产生抑制或促进作用，通过检测生物活动、代谢等的变化来评估水质。常用的指示生物如鱼类、藻类、光合细菌等，一定程度上弥补了理化分析方法的不足。传统的生物毒性测试手段发展已比较成熟，一定程度上弥补了理化分析方法的不足，但依旧存在周期长、操作复杂、重复性差等不足，不能完全满足水质急性毒性监测的需要。同时，现有的生物学方法虽然可以实现水体生物毒性快速检测，但是不能区分不同类型的污染源，而传统的理化方法又存在着耗时长、成本高的问题，而水体污染源的快速识别可以为急性水体污染治理提供重要策略，因此，迫切需要研究一种能够快 速综合预警和污染源识别的方法。

生物电化学系统是一类利用产电微生物阳极催化氧化反应，将化学能转化为电能的装置。包括微生物燃料电池、微生物电解池、半电池等。其应用于水质生物毒性监测的原理是有毒污染物进入阳极室，污染物会影响产电微生物的代谢活性，从而对生物电化学系统的产电性能造成促进或抑制。通过检测生物电化学系统电压或电流输出信号的变化就可以实现对污染物的实时监测。与其他生物学方法比较，生物电化学生物毒性检测技术具有更高灵敏度、温和的反应条件，且不需要复杂的信号转导过程，逐渐成为国内外的研究热点。

不同的污染源除了具有不同的理化特征外，还具有不同的生物电化学系统生物毒性特征，首先，不同的污染源有不同的可生化性，比如啤酒废水具有良好的可生化性而印染废水的可生化性较差，因此具有不同程度的生物毒性；其次，具有生物毒性的污染源也有不同的毒性成因，比如黑色金属矿山废水为重金属污染而采油废水为有机污染物污染，而常见的急性水体污染事件，大体可分为有机污染物污染、重金属污染和有机重金属复合污染；最后，即使同为复合污染，其有机污染物和重金属的毒性贡献率还可能不同，因此存在不同的毒性贡献主因子。因此，将传统理化方法与生物电化学生物毒性监测技术有机结合，基于水体的水样的物理化学分析和生物电化学系统分析，不仅可以实现水体生物毒性在线监测，实现对水体污染源类型的快速识别。